acest articol a fost scris de Mike Bannon
închideți ochii pentru o clipă și pretindeți că faceți picnic, în timpul după-amiezii, cu familia și prietenii în Central Park. Despre două terenuri de fotbal departe puteți vedea un joc de softball. Puteți vedea bărbați și femei aplauze ca ballplayers jart mingea și cursa în jurul bazelor. Vedeți un jucător alunecând în placa de acasă și urmăriți arbitrul semnalându-l. Puteți vedea toată această acțiune, dar nu o puteți auzi.
mai târziu în acea noapte, pe măsură ce temperatura se răcește și alte echipe de softball joacă sub lumini, puteți vedea și auzi totul clar. De ce este așa? Ar putea fi, în timpul zilei, ai fost situat într-o umbră acustică?
în timpul zilei, soarele încălzește suprafața Pământului, încălzind aerul aproape de sol. Sunetul se deplasează mai repede în aer mai cald. Deci sunetul se deplasează mai repede în aer aproape de sol. Reversul se întâmplă noaptea. Noaptea, pământul se răcește rapid. Aerul mai înalt este mai cald decât aerul aproape de sol. În timpul zilei, sunetul se deplasează mai repede în apropierea solului. Acest lucru face ca unda sonoră să se refractă în sus. Noaptea se întâmplă contrariul. Sunetul mai departe de sol se deplasează mai repede noaptea, determinând refracția undei sonore înapoi spre pământ.
în anii 1800 Osborne Reynolds a efectuat primul test înregistrat de refracție a undelor sonore. El a pus un clopot de apel, un picior deasupra solului, și târât douăzeci de metri. A trebuit să ridice capul pentru a auzi sunetul sunetului. Apoi sa târât șaptezeci de metri și a trebuit să stea înainte de a putea auzi sunetul de apel.
în 2001 Charles D. Ross a publicat o carte numită Civil War Acoustic Shadows. În acest articol vom explora fenomenul refracției undelor sonore și modul în care se referă la sunetele războiului formarea umbrelor acustice.
refracția undei sonore descendente
la începutul secolului 20, cu ajutorul baloanelor cu aer cald, oamenii de știință au început să afle mai multe despre atmosfera noastră și diferitele sale straturi. În 1923 schimbările de temperatură atmosferică au fost documentate în timp ce studiau meteorii. În 1924, Erwin Schrodinger, fizician austriac câștigător al Premiului Nobel, a sugerat că „sunetele de joasă frecvență ar fi absorbite mai puțin în atmosferă și, prin urmare, ar fi refractate înapoi pe pământ mai puternic decât sunetele de înaltă frecvență”.
straturile care adăpostesc ozonul nostru tind să fie mai calde din cauza radiațiilor capturate de la soare. Când unda sonoră lovește acest strat mai cald, este refractată înapoi spre pământ.
vânt
vântul joacă, de asemenea, un rol important în refracția undelor sonore și, în cele din urmă, pe distanța pe care o parcurg. Vântul care călătorește direct într-o undă sonoră care se apropie îl va face să se refractă mai puternic în sus. Vântul care călătorește în aceeași direcție ca o undă sonoră va face refracția undei sonore mai graduală. În atmosfera superioară, un vânt puternic care călătorește în direcția valului va împinge valul mai departe și mai repede.
refracția undelor sonore& război
înainte de epoca tehnologiei moderne comandanții armatei s-au bazat pe sunetul pentru a-i ghida în procesul lor de luare a deciziilor militare. De multe ori, în detrimentul lor, comandanții au luat decizii pe baza a ceea ce auzeau. Mulți au fost prinși în umbra sunetului no-man ‘ s land. Primul efect de umbră sonoră înregistrat s-a întâmplat pe mare între coastele Angliei și Olandei. Timp de patru zile, Marina engleză a luptat cu marina olandeză în largul coastei Dunkerque în timpul al doilea război Anglo-olandez. Istoricii creditează marina olandeză mai mare cu victoria. În timpul bătăliei, pasagerii necombatanți cu barca situați pe mare într-o zonă de umbră undeva între luptă și coasta Angliei nu au auzit Bătălia. Pe de altă parte, bătălia a fost auzită în diferite locații din Anglia.
în timpul Primului Război Mondial, pe 28 septembrie 1914, artileria germană a început să bombardeze orașul Belgian Anvers și fortificațiile care protejau orașul. Zona de umbră acustică a început la aproximativ treizeci de mile de artilerie și s-a încheiat la aproximativ șaizeci de mile distanță. După marca de șaizeci de mile, s-a auzit bombardamentul german de artilerie. Oamenii din raza de treizeci până la șaizeci de mile a artileriei nu au putut să o audă.
la 19 septembrie 1862, generalul Grant plănuia să atace generalul-maior confederat lira sterlină lângă micul oraș Iuka, Mississippi. Planul era ca Generalul-maior al Uniunii William Rosecrans să atace mai întâi Price și apoi, la auzul bătăliei, generalul-maior al lui Grant Edward Ord își va muta trupele pentru a împiedica retragerea lui Price. Ord urma să-și angajeze trupele după ce a auzit sunetele bătăliei. Acele sunete nu au venit niciodată. În timp ce armata lui Rosecran s-a angajat în luptă cu confederații toată după-amiaza, Ord și armata sa, situate într-o umbră acustică, nu au auzit niciodată sunetele Bătăliei și, în cele din urmă, nu au atacat niciodată. Price sa retras și, în cele din urmă, pentru moment, și-a salvat armata.
generalul Longstreet (1821-1904)
la Gettysburg 2 iulie 1863 generalul Lee emite o comandă pentru generalul locotenent James Longstreet pentru a ataca vârfurile rotunde – capătul sudic al cimitirului ridge. Vârful dealului era practic nedefinit. Lee spera să-și ducă tunurile la vârfurile rotunde, astfel încât confederații să poată bombarda trupele Uniunii cu foc de tun. La auzul atacului lui Longstreet, generalul locotenent Richard Ewell urma să atace din stânga. El trebuia să ordone oamenilor săi să atace imediat ce a auzit barajul de tun al lui Longstreet. Nu a auzit niciodată tunurile lui Longstreet. Ewell și armata sa s-au trezit situați într-o umbră acustică. Între timp, generalul-maior al Uniunii George Meade a mutat oamenii de la dreapta la stânga pentru a opri avansul lui Longstreet.
generalul Lee „Waterloo”
în 1865 Lee și-a situat armata în afara orașului Petersburg Virginia. Lee a ghicit corect că Grant va căuta să-și atace flancul drept. Lee l-a trimis pe generalul George Pichet cu armata din Virginia de Nord, cinci mii de soldați confederați, până la cinci furci pentru a săpa și a înființa apărări de murdărie și lemn. Lee a înțeles necesitatea de a menține această zonă pentru a-și proteja calea ferată de aprovizionare sudică deschisă.
Grant cunoștea această importanță strategică și l-a trimis pe generalul-maior al Uniunii Phillip Sheridan să atace flancul stâng al lui Lee la Five Forks. În dimineața atacului, generalul-maior confederat Fitzhugh Lee l-a invitat pe Pichet împreună cu generalul-maior Thomas Rosser la o coacere de pește la două mile distanță de linia frontală a lui Pichet. Pichet a neglijat să-i spună oamenilor că pleacă. Istoricii speculează că nu i-a spus oamenilor, care probabil erau flămânzi și subnutriți, pentru că se simțea vinovat.
în timp ce se bucura de shad copt și ceva alcool, Sheridan și comandanții săi au atacat apărarea lui Pichet, decimând în cele din urmă forțele lui pichet și luând mii de prizonieri. În timp ce bătălia se dezlănțuia la două mile de coacerea peștilor, pichet și ceilalți comandanți nu au auzit nimic. După-amiaza târziu, Pichet a decis să trimită un curier pentru a-și verifica oamenii. În timp ce curierul pleca în depărtare, generalii, spre groaza lor, își puteau vedea curierul luat prizonier de trupele Uniunii care avansau. Pichet a sărit pe calul său și a mers la oamenii săi, dar era prea târziu.
confederații au suferit o înfrângere majoră — una care avea să accelereze sfârșitul războiului civil. Pichet și comandanții săi au fost prinși într-o umbră acustică. În acea după-amiază, în timp ce generalii credeau că se bucură de o coacere liniștită de pește relaxantă, fără evenimente, lumea lor se prăbușea.
teste cu bombe nucleare
în 1951, Guvernul Statelor Unite a detonat o bombă nucleară la șaizeci și cinci de mile distanță de Las Vegas. Testul a spart ferestrele din Las Vegas. Testerii de bombe au descoperit că undele sonore de la bombă s-au refractat în sus și în jos de șase ori înainte de a lovi Las Vegas. Valurile au fost refractate în sus în atmosferă și apoi refractate în jos înapoi la suprafața Pământului la fiecare unsprezece mile.
calcularea vitezei sunetului la diferite temperaturi
viteza sunetului la 0 grade Celsius este de 331 m/s. pentru fiecare 1 grad Celsius adăugat viteza sunetului crește. Iată formula pentru calcularea creșterii vitezei:
C = (331 + 0.6T) m / s
C = noua viteză a sunetului
T = temperatura aerului în grade Celsius
pentru a calcula viteza sunetului în aer la 30 de grade:
C = (331 + 0.6 × 30) = 349 m / s
la 30 de grade Celsius, viteza sunetului este de 349 m/s.
concluzie
când inginerii de mediu caută să minimizeze zgomotul industrial pentru comunitățile din jur, trebuie să ia în considerare conceptul de refracție a undelor sonore și efectul său de umbră acustică. Zgomotul Industrial, în zonele care înconjoară imediat fabricile, va fi mai mare noaptea decât în timpul zilei.
aruncați o privire la rafinăria de petrol din fotografia de mai jos. Comunitatea din jur va auzi puțin din sunetele emise de stivele de deasupra rafinăriei în timpul zilei. Undele sonore din aceste surse vor refracta în cele din urmă în sus. Comunitățile situate la mulți kilometri distanță vor avea aici acest zgomot. Cu toate acestea, în timpul nopții este o poveste diferită. Aceste valuri vor fi refractate chiar asupra comunității.
să presupunem că o stivă emite unde sonore la 20 de metri deasupra solului. Inginerii trebuie să calculeze unghiul de refracție pentru a determina cum să combată cel mai bine acest fenomen și, în cele din urmă, să reducă nivelurile de decibeli la comunitatea înconjurătoare. Într-un articol de urmărire, „matematica propusă pentru refractarea undelor sonore”, vom propune o nouă matematică utilizată pentru a calcula și unghiul de refractare (îndoire) a undelor sonore. Mai târziu în acest an, intenționăm, de asemenea, să realizăm un experiment similar cu cel realizat de Osborne Reynolds în anii 1800. uita-te pentru acest articol cândva în septembrie, 2015.